2016-2017学年山东省成武一中高二物理教案：3.5+磁场对运动电荷的作用力（新人教版选修3-1）.docVIP

磁场 3.5 磁场对运动电荷的作用力 ★新课标要求 （一）知识与技能 1、知道什么是洛伦兹力。 2、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。 3、知道洛伦兹力大小的推理过程。 4、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。 5、理解洛伦兹力对电荷不做功。 6、了解电视机显像管的工作原理。 （二）过程与方法 通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力。 （三）情感、态度与价值观 让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理—假设—实验验证” ★教学重点 1、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。 2、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。 ★教学难点 1、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。 2、洛伦兹力方向的判断。 ★教学方法 实验观察法、讲述法、分析推理法 ★教学用具： 电子射线管、电源、磁铁、投影仪、投影片 ★教学过程 （一）引入新课 教师：（复习提问）前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题： （1）如图，判定安培力的方向 学生上黑板做，解答如下： 若已知上图中：B 4.0×10-2 T，导线长L 10 cm，I 1 A。求：导线所受的安培力大小？ 学生解答： F BIL 4×10-2 T×1 A×0.1 m 4×10-3 N 答：导线受的安培力大小为4×10-3 N。 （2）电流是如何形成的？ 学生：电荷的定向移动形成电流。 教师：磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？ 学生：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。 ［演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。如图3.5-1 教师：说明电子射线管的原理： 从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。 学生：观察实验现象。 实验结果：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。 学生分析得出结论：磁场对运动电荷有作用。 （二）进行新课 1、洛伦兹力的方向和大小 教师讲述：运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力。通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。 我们用安培定则判断安培力的方向，因此可以用安培定则判断洛伦兹力的方向。 （投影） 左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷运动的方向，那么，大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 如果运动的是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。 ［投影片出示练习题］ （1）试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。 甲 乙 丙 丁 学生解答： 甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上； 乙中负电荷所受的洛伦兹力方向向上； 丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸内； 丁中负电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸外 教师：下面我们来讨论B、v、F三者方向间的相互关系。如图所示。 学生：F总垂直于B与v所在的平面。B与v可以垂直，可以不垂直。 教师：现在我们来研究洛伦兹力的大小。 若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。 教师：这段导体所受的安培力为多大？ 学生：F安 BIL 教师：电流强度I的微观表达式是什么？ 学生：I的微观表达式为I nqSv 教师：这段导体中含有多少自由电荷数？ 学生：这段导体中含有的电荷数为nLS。 教师：每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？ 学生：安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS，所以 教师：当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时，设夹角为θ，则电荷所受的洛伦兹力大小为多大？ 学生： 教师指出：上式中各量的单位：为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s），B为特斯拉（T） 思考与讨论：同学们讨论一下带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？说明理由。 教师引导学生分析得： 洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向，因此，洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功。 投影片出示练习题： 练习1、电子的速率v 3×106 m/s，垂直射入B 0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？ 学生分析求解，教师巡回指导： f qvB 1.60×10-19×3×106×0.10 4.8×10-14 N 练习2、来自宇宙的质子流，以与地球表面